KR102656071B1 - System for manufacturing electrodes with high cycle efficiency, method for manufacturing electrodes with high cycle efficiency, and applications thereof - Google Patents

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Abstract

사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템, 사이클 효율이 높은 전극의 제조 방법 및 이의 응용이 제공된다. 이 시스템은 전극 처리 유닛; 온도 제어 진공 처리 장치(201) 또는 온도 제어 불활성 처리 장치(202)를 포함하며, 전극 처리 유닛에 직렬로 연결되는 온도 제어 처리 장치(20a); 및 온도 제어 처리 장치(20a)에 직렬로 연결된 리프트 오프 유닛을 포함한다. 또는 시스템은 내부가 진공이거나, 불활성 분위기 및/또는 보호 분위기를 포함하는 분위기 박스(20b); 및 분위기 박스(20b) 내부에 제공된 전극 처리 유닛, 전극 처리 유닛에 직렬로 연결된 온도 제어 박스(9), 온도 제어 박스(9)에 직렬로 연결된 리프트 오프 유닛을 포함한다. 전극 처리 유닛은 제 1 금속 소스 권출 축(1); 제 1 금속 소스 권출 축(1)에 병렬로 연결되는 보완될 금속 전극의 권출 축(2); 및 제 1 금속 소스 권출 축(1) 및 보완될 금속 전극의 권출 축(2)에 직렬로 연결된 압축 롤러 장치를 포함한다. 시스템은 간단하고 시스템에 의해 제조된 전극은 1 차 사이클 효율이 높고, 우수한 주기성(cyclicity)을 가지고 있다. 전극으로 제작된 완충 전지는 1 차 사이클 효율이 높고, 높은 용량 유지율을 가진다.A system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency, a method for manufacturing an electrode with high cycle efficiency, and applications thereof are provided. The system includes an electrode processing unit; a temperature-controlled processing device (20a) comprising a temperature-controlled vacuum processing device (201) or a temperature-controlled inert processing device (202) and connected in series to the electrode processing unit; and a lift-off unit connected in series to the temperature control processing device 20a. Alternatively, the system may include an atmosphere box 20b, the interior of which is vacuum or contains an inert atmosphere and/or a protective atmosphere; and an electrode processing unit provided inside the atmosphere box 20b, a temperature control box 9 connected in series to the electrode processing unit, and a lift-off unit connected in series to the temperature control box 9. The electrode processing unit includes a first metal source unwinding shaft (1); an unwinding axis (2) of the metal electrode to be supplemented connected in parallel to the first metal source unwinding axis (1); and a compression roller device connected in series to the first metal source unwinding shaft (1) and the unwinding shaft (2) of the metal electrode to be supplemented. The system is simple and the electrodes produced by the system have high first cycle efficiency and excellent cyclicity. A buffer battery made of electrodes has high first cycle efficiency and a high capacity maintenance rate.

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Figure 112021072175481-pct00001

Description

사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템, 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 방법 및 이의 응용System for manufacturing electrodes with high cycle efficiency, method for manufacturing electrodes with high cycle efficiency, and applications thereof

본 출원은 2018 년 11 월 27 일에 중국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 제 201811427688.6 호(제목, "사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 방법 및 이의 응용”), 2018 년 11 월 27 일에 중국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 제 201811427687.1 호(제목, "사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템"), 2018 년 11 월 27 일에 중국 특허청에 출원된 중국 실용 신안 출원 제 201821972810.3 호(제목, "전극 보유 준비를 위한 시스템")에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.This application is based on Chinese Patent Application No. 201811427688.6 (titled “Method for manufacturing electrode with high cycle efficiency and application thereof”), filed with the Chinese Intellectual Property Office on November 27, 2018. China Patent Application No. 201811427687.1 (title, “System for manufacturing electrodes with high cycle efficiency”), and China Utility Model Application No. 201821972810.3 (title, “Preparation for holding electrodes”, filed with the China Intellectual Property Office on November 27, 2018 Priority is claimed on "System for"), the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 발명은 극 시트(pole sheets) 기술 분야에 속하며, 구체적으로는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템, 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 방법 및 이의 응용에 관한 것이다.The present invention belongs to the field of pole sheet technology, and specifically relates to a system for manufacturing electrodes with high cycle efficiency, a method for manufacturing electrodes with high cycle efficiency, and applications thereof.

실리콘은 리튬 이온 전지용 음극재로 사용될 때 이론적 비용량(specific capacity)이 크며, 이는 흑연 재료보다 훨씬 크다. 실리콘 기반 음극재의 개발은 리튬 이온 전지의 에너지 밀도를 높이는 데 매우 중요하다. 그러나 원소 실리콘은 리튬을 저장한 후 부피가 크게 팽창하여 실리콘 음극의 코팅이 분말이 되어 집전 장치에서 떨어져 나와 수명이 매우 나빠지므로 실제적인 가치가 없다. 리튬 이온 전지용 음극재로 실리콘-산소 재료를 사용하면 리튬 저장 후 부피 팽창 문제가 크게 개선될 수 있지만, 실리콘-산소 재료의 1 차 효율은 약 70 %에 불과해 흑연 재료의 효율(약 90 %)보다 훨씬 낮다. 낮은 1 차 효율 문제를 개선하기 위해, 실리콘-산소 음극에 금속 리튬을 보충하는 것이 하나의 해결 방안으로 널리 인식되고 있다. 음극에 리튬을 보충하는 것을 실현하는 방법에 관해서는, 국내외 전문가들이 많은 연구와 실험을 수행했으며 다음과 같은 몇 가지 일반적인 방법을 제안했다.Silicon has a large theoretical specific capacity when used as an anode material for lithium-ion batteries, which is much larger than that of graphite materials. The development of silicon-based anode materials is very important for increasing the energy density of lithium-ion batteries. However, elemental silicon has no practical value because its volume expands greatly after storing lithium, and the coating of the silicon negative electrode turns into powder and falls off from the current collector, which greatly reduces its lifespan. Using silicon-oxygen materials as anode materials for lithium-ion batteries can greatly improve the volume expansion problem after lithium storage, but the primary efficiency of silicon-oxygen materials is only about 70%, which is lower than the efficiency of graphite materials (about 90%). Much lower. To improve the problem of low primary efficiency, supplementing the silicon-oxygen cathode with metallic lithium is widely recognized as a solution. As for how to realize lithium replenishment in the cathode, domestic and foreign experts have conducted a lot of research and experiments and proposed several general methods as follows:

중국 특허 공보 CN102779975A는 리튬 분말을 저장하는 공급 탱크를 보충될 리튬 음극 위에 배치하여 리튬 보충을 구현하고, 그 동안 리튬 분말을 전기장의 작용하에 음극편의 표면에 흡착시킨 다음 롤러를 눌러 리튬 분말이 음극편의 표면에 단단히 부착되도록 하여 리튬이 보충되게 하는 내용을 개시한다. 이 방법은 리튬 분말이 작은 크기의 균일한 입자를 가지고 있고, 압착 롤러가 매우 높은 평탄도를 갖는 표면을 가지며, 리튬 분말이 가능한 적게 압착 롤러에 부착되는 경우, 전극 표면에 리튬을 균일하게 보충할 수 있다. Chinese Patent Publication CN102779975A implements lithium replenishment by placing a supply tank storing lithium powder on the lithium cathode to be replenished, during which the lithium powder is adsorbed on the surface of the cathode piece under the action of an electric field, and then the roller is pressed so that the lithium powder is on the cathode piece. Disclosed is a method of ensuring lithium is replenished by firmly attaching to the surface. This method can uniformly replenish the electrode surface with lithium if the lithium powder has uniform particles of small size, the pressing roller has a surface with very high flatness, and the lithium powder adheres to the pressing roller as little as possible. You can.

중국 특허 공보 CN105489846A는 복합 리튬 리본과 보충할 리튬 전극을 압착 롤링하여 보충할 리튬 전극에 리튬 리본을 접착시켜 리튬 보충 전극을 형성하고, 이는 복합 리튬 리본의 제 1 기판으로 탈거되고 감겨지는 내용을 개시한다. 이 방법의 실제 적용을 위한 전제 조건은 초박형 리튬 리본(두께가 일반적으로 10μm 미만)을 얻는 것이며, 압착 롤러는 평탄도가 매우 높은 표면을 가져야 한다(불균일성을 방지하기 위해).Chinese Patent Publication CN105489846A discloses forming a lithium replenishment electrode by pressing and rolling a composite lithium ribbon and a lithium electrode to be replenished, thereby bonding the lithium ribbon to the lithium electrode to be replenished, which is then removed and wound onto the first substrate of the composite lithium ribbon. do. The prerequisites for the practical application of this method are to obtain ultrathin lithium ribbons (thickness is typically less than 10 μm), and the pressing rollers must have a surface with very high flatness (to prevent non-uniformity).

중국 특허 공보 CN105702943A는 음극재와 도전제의 혼합 분말을 먼저 준비하고, 혼합 분말을 도전 재료 홈에 넣고, 전해액을 혼합 분말에 한 방울씩 떨어뜨려(added dropwise) 분말을 적시고, 전해액에 추가된 혼합 분말을 스테인리스 강 개스킷을 사용하여 압축하며, 분리기를 스테인리스 강 개스킷 위에 놓고, 개스킷을 분리기에 배치하며, 리튬 시트를 개스킷 위에 배치하고, 모든 부품을 장치를 통해 함께 밀봉한 다음 전지 테스트 시스템을 사용하여 밀봉된 장치 상에 형성되게 하여 음극재 내에 리튬의 사전 삽입을 실현하는 내용을 개시한다.Chinese Patent Publication CN105702943A first prepares a mixed powder of a negative electrode material and a conductive agent, puts the mixed powder into the groove of the conductive material, adds the electrolyte solution dropwise to the mixed powder to wet the powder, and adds the mixed powder to the electrolyte solution. The powder is compressed using a stainless steel gasket, the separator is placed on the stainless steel gasket, the gasket is placed on the separator, the lithium sheet is placed on the gasket, all parts are sealed together through the device, and then using a cell test system. Disclosed is realizing pre-insertion of lithium into a negative electrode material by forming it on a sealed device.

중국 특허 공보 CN204966620U는 리튬 공급 장치와 보충될 리튬의 음극이 접촉을 유지하고 전해액에 함께 침지되는 것을 개시하고 있다. 리튬 공급 장치와 보충될 리튬의 음극은 접촉 상태이고, 전자 채널이 존재한다. 또한 둘은 전해액에 함께 담가두기 때문에 둘 사이에 이온 채널도 존재한다. 리튬을 보충하는 메커니즘은 내부 단락 회로가 있는 반쪽 전지와 동일하며, 리튬 공급 장치에서 리튬 이온을 추출하여 보충할 리튬의 음극에서 전자를 얻게 한 후 환원시켜 리튬의 보충을 실현한다.Chinese Patent Publication CN204966620U discloses that a lithium supply device and a cathode of lithium to be replenished are kept in contact and immersed together in an electrolyte solution. The lithium supply device and the cathode of lithium to be replenished are in contact, and an electron channel exists. Additionally, because the two are immersed together in an electrolyte, an ion channel also exists between the two. The mechanism for replenishing lithium is the same as a half-cell with an internal short circuit, extracting lithium ions from the lithium supply device, obtaining electrons from the cathode of the lithium to be replenished, and then reducing it to realize the replenishment of lithium.

리튬 극편(lithium pole piece)을 제조하는 전술한 장치는 상대적으로 복잡하고 제조된 극편은 사이클 효율이 나쁘다.The above-described apparatus for producing lithium pole pieces is relatively complex, and the produced pole pieces have poor cycle efficiency.

이를 고려하여, 본 발명의 목적은 사이클 효율이 높은 전극의 제조 시스템, 사이클 효율이 높은 전극의 제조 방법 및 이의 응용을 제공하는 것이다. 본 시스템은 샘플로서, 이에 의해 제작된 전극을 사용하여 제조된 완충 전지(Full Battery)는 더 높은 사이클 효율을 가진다. In consideration of this, the purpose of the present invention is to provide a manufacturing system for an electrode with high cycle efficiency, a method for manufacturing an electrode with high cycle efficiency, and applications thereof. This system is a sample, and a full battery manufactured using electrodes produced by it has higher cycle efficiency.

본 발명은 사이클 효율이 높은 전극의 제조 시스템을 제공하고, 이는 전극 처리 유닛; 온도 제어 진공 처리 장치 또는 온도 제어 불활성 처리 장치를 포함하며, 전극 처리 유닛과 직렬로 연결된 온도 제어 처리 장치; 및 압착 롤링된 후의 제 1 금속 소스와 압착 롤링된 후의 보충될 금속 전극을 분리하는, 온도 제어 처리 장치와 직렬로 연결된 탈거 유닛을 포함한다.The present invention provides a manufacturing system for electrodes with high cycle efficiency, comprising: an electrode processing unit; A temperature-controlled processing device, including a temperature-controlled vacuum processing device or a temperature-controlled inert processing device, connected in series with the electrode processing unit; and a stripping unit connected in series with the temperature control processing device, which separates the first metal source after being pressed and rolled and the metal electrode to be replenished after being pressed and rolled.

전극 처리 유닛은 제 1 금속 소스를 풀기(unwinding)위한 제 1 금속 소스의 권출 축; 제 1 금속 소스의 권출 축과 병렬로 연결되며, 보충될 금속 전극을 풀기 위한 보충될 금속 전극의 권출 축; 및 제 1 금속 소스의 권출 축 및 보충될 금속 전극의 권출 축과 직렬로 연결되며, 보충될 금속 전극과 제 1 금속 소스를 압착 롤링하여 복합 전극으로 만드는 압착 롤러 장치를 포함한다. The electrode processing unit includes an unwinding shaft of the first metal source for unwinding the first metal source; an unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, which is connected in parallel with the unwinding shaft of the first metal source and is configured to unwind the metal electrode to be replenished; and a compression roller device connected in series with the unwinding shaft of the first metal source and the unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, and for compressing and rolling the metal electrode to be replenished and the first metal source to form a composite electrode.

바람직하게, 온도 제어 진공 처리 장치는 진공 오븐 또는 진공 백(bag)이다. Preferably, the temperature controlled vacuum processing device is a vacuum oven or vacuum bag.

바람직하게, 불활성 처리 장치 내부의 분위기는 CO2 분위기 또는 아르곤 가스 분위기이다. Preferably, the atmosphere inside the inert treatment device is a CO 2 atmosphere or an argon gas atmosphere.

본 발명은 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템을 제공하고, 이 시스템은, 내부에 진공 분위기 또는 불활성 분위기 또는 보호 분위기 또는 불활성 분위기-보호 분위기의 혼합 분위기가 존재하는 분위기 박스; 및The present invention provides a system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency, the system comprising: an atmosphere box in which a vacuum atmosphere, an inert atmosphere, a protective atmosphere, or a mixed atmosphere of an inert atmosphere and an inert atmosphere-protective atmosphere exists; and

분위기 박스 내부에 배치된 전극 처리 유닛; 전극 처리 유닛과 직렬로 연결된 온도 제어 박스; 및 온도 제어 박스와 직렬로 연결된 탈거 유닛 - 압착 롤링 후의 제 1 금속 소스와 압착 롤링 후의 보충될 금속 전극을 분리함 - 을 포함하고,An electrode processing unit disposed inside the atmosphere box; A temperature control box connected in series with the electrode processing unit; and a stripping unit connected in series with the temperature control box, which separates the first metal source after compression rolling and the metal electrode to be replenished after compression rolling,

전극 처리 유닛은, 제 1 금속 소스를 풀기 위한 제 1 금속 소스의 권출 축을 포함하고; 제 1 금속 소스의 권출 축과 병렬로 연결되며 보충될 금속 전극을 풀기 위한 보충될 금속 전극의 권출 축; 및 제 1 금속 소스의 권출 축 및 보충될 금속 전극의 권출 축과 직렬로 연결되며, 보충될 금속 전극과 제 1 금속 소스를 압착 롤링하여 복합 전극으로 만드는 압착 롤러 장치를 포함한다. The electrode processing unit includes an unwinding shaft of the first metal source for unwinding the first metal source; an unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, which is connected in parallel with the unwinding shaft of the first metal source and is configured to unwind the metal electrode to be replenished; and a compression roller device connected in series with the unwinding shaft of the first metal source and the unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, and for compressing and rolling the metal electrode to be replenished and the first metal source to form a composite electrode.

바람직하게, 시스템은 보충될 금속 전극의 권출 축 및 제 1 금속 소스의 권출 축와 병렬로 연결되며, 제 2 금속 소스를 풀기 위한 제 2 금속 소스의 권출 축를 더 포함하고; Preferably, the system is connected in parallel with the unwinding shaft of the metal electrode to be replenished and the unwinding shaft of the first metal source, and further includes an unwinding shaft of the second metal source for unwinding the second metal source;

제 1 금속 소스의 권출 축과 제 2 금속 소스의 권출 축은 각각 보충될 금속 전극의 권출 축의 상측과 하측에 위치한다. The unwinding axis of the first metal source and the unwinding axis of the second metal source are located above and below the unwinding axis of the metal electrode to be replenished, respectively.

바람직하게는, 제 1 금속 소스 및 제 2 금속 소스의 금속은 리튬 또는 나트륨으로부터 선택된다. Preferably, the metals of the first and second metal sources are selected from lithium or sodium.

바람직하게는, 보충될 금속 전극이 흑연 음극, 경질 탄소 음극, 연질 탄소 음극, 중상 탄소 미소 구 음극(mesophase carbon microsphere negative electrode), 실리콘-탄소 음극, 실리콘-산소-탄소 음극, 실리콘 음극, 실리콘-산소 음극, 리튬 티타네이트 음극, 전이 금속 산화물 음극 또는 황 기반 양극으로부터 선택된다. Preferably, the metal electrode to be replenished is a graphite negative electrode, a hard carbon negative electrode, a soft carbon negative electrode, a mesophase carbon microsphere negative electrode, a silicon-carbon negative electrode, a silicon-oxygen-carbon negative electrode, a silicon negative electrode, a silicon- selected from an oxygen cathode, a lithium titanate cathode, a transition metal oxide cathode, or a sulfur-based anode.

바람직하게는, 탈거 유닛은 가이드 롤러 축이다. Preferably, the stripping unit is a guide roller axis.

바람직하게는, 시스템은 탈거 유닛과 직렬로 연결된 권취 유닛을 더 포함하고, 이는 탈거된 후의 제 1 금속 소스와 탈거된 후의 극편을 감는다.Preferably, the system further comprises a winding unit connected in series with the stripping unit, which winds the first metal source after stripping and the pole piece after stripping.

바람직하게는, 본 발명은 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은,Preferably, the present invention provides a method for manufacturing an electrode with high cycle efficiency, the method comprising:

보충될 금속 전극 및 금속 소스를 롤러 압착, 플랫(flat) 압착, 가스 압착 또는 액체 압착하여 물리적 접착 접촉을 얻고 진공 또는 불활성 분위기 하에서 온도 제어 처리를 한 후 사이클 효율이 높은 전극을 얻도록 금속 소스를 탈거하는 단계를 포함하고,The metal electrode and metal source to be replenished are roller pressed, flat pressed, gas pressed or liquid pressed to obtain physical adhesive contact and subjected to temperature controlled treatment under vacuum or inert atmosphere and then pressed to the metal source to obtain an electrode with high cycle efficiency. Including the step of removing,

보충될 금속 전극은 금속을 수송할 수 있는 음극(negative electrode) 또는 금속을 수송할 수 있는 양극(positive electrode)으로부터 선택되며, The metal electrode to be replenished is selected from a negative electrode capable of transporting metal or a positive electrode capable of transporting metal,

금속 소스의 금속은 리튬 또는 나트륨으로부터 선택된다.The metal of the metal source is selected from lithium or sodium.

바람직하게는, 보충될 금속 전극은 흑연 음극, 경질 탄소 음극, 연질 탄소 음극, 중상 탄소 미소 구 음극, 실리콘-탄소 음극, 실리콘-산소-탄소 음극, 실리콘 음극, 실리콘-산소 음극, 리튬 티타네이트 음극, 전이 금속 산화물 음극 또는 황 기반 양극으로부터 선택된다.Preferably, the metal electrode to be replenished is a graphite cathode, a hard carbon cathode, a soft carbon cathode, a medium carbon microsphere cathode, a silicon-carbon cathode, a silicon-oxygen-carbon cathode, a silicon cathode, a silicon-oxygen cathode, a lithium titanate cathode. , is selected from a transition metal oxide cathode or a sulfur-based anode.

바람직하게는, 리튬 소스는 순수 금속 리튬, 리튬 합금 또는 리튬 복합물이고,Preferably, the lithium source is pure metallic lithium, lithium alloy or lithium complex,

나트륨 소스는 순수한 금속 나트륨, 나트륨 합금 또는 나트륨 복합물이다.Sodium sources are pure metallic sodium, sodium alloys, or sodium complexes.

바람직하게는, 온도 제어 처리는 0.1 - 168 h의 지속시간 동안 0 - 150 °C의 온도에서 수행된다.Preferably, the temperature controlled treatment is carried out at a temperature of 0 - 150 °C for a duration of 0.1 - 168 h.

바람직하게는, 진공은 -10KPa 내지 -99KPa의 진공도를 갖는다.Preferably, the vacuum has a vacuum degree of -10 KPa to -99 KPa.

바람직하게는, 불활성 분위기는 이산화탄소 분위기 또는 아르곤 분위기이다.Preferably, the inert atmosphere is a carbon dioxide atmosphere or an argon atmosphere.

바람직하게는, 보충될 금속 전극은 시트형 또는 리본형이다.Preferably, the metal electrode to be replenished is sheet-shaped or ribbon-shaped.

바람직하게는, 보충될 금속 전극 및 금속 소스는, 진공 또는 불활성 분위기 또는 보호 분위기 또는 불활성 분위기와 보호 분위기의 혼합 분위기에서 롤러 압착, 플랫 압착, 가스 압착 또는 액체 압착된다. Preferably, the metal electrode and the metal source to be replenished are roller pressed, flat pressed, gas pressed or liquid pressed in a vacuum or an inert atmosphere or a protective atmosphere or a mixed atmosphere of an inert atmosphere and a protective atmosphere.

본 발명은 전술한 기술적 해결 방안에서 설명한 제조 방법을 이용하여 제조된 사이클 효율이 높은 전극을 전지에 사용하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method of using an electrode with high cycle efficiency manufactured using the manufacturing method described in the above-described technical solution in a battery.

본 발명은 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템을 제공하며, 이 시스템은, 전극 처리 유닛; 온도 제어 진공 처리 장치 또는 온도 제어 불활성 처리 장치를 포함하며, 전극 처리 유닛과 직렬로 연결된 온도 제어 처리 장치; 및 온도 제어 처리 장치와 직렬로 연결된 탈거 유닛 - 이는 압착 롤링 후의 제 1 금속 소스와 압착 롤링 후의 보충될 금속 전극을 분리함 -을 포함하거나; 또는 내부에 진공 분위기 또는 불활성 분위기가 존재하는 분위기 박스; 분위기 박스 내부에 배치된 전극 처리 유닛; 전극 처리 유닛과 직렬로 연결된 온도 제어 박스; 및 온도 제어 박스와 직렬로 연결된 탈거 장치 - 이는 압착 롤링 후의 제 1 금속 소스와 압착 롤링 후 보충될 금속 전극을 분리함 - 를 포함한다. 본 발명에서 복합 전극은 압착 롤러 장치에 의해 압착 롤링된 후 온도 제어 진공 처리 장치 또는 온도 제어 불활성 처리 장치에서 처리될 수 있다. 또한, 제 1 금속 축, 보충될 금속 전극의 권출 축, 압착 롤러 장치 및 압착 롤러 장치 뒤에 직렬로 연결된 온도 제어 박스가 전체로서 배치된 분위기 박스에서 처리될 수 있으며, 진공 분위기 또는 불활성 분위기가 분위기 박스 내부에 존재한다. 본 발명에 의해 제공되는 시스템은 권출 장치, 압착 롤러 장치, 진공 처리 장치 또는 불활성 처리 장치 및 탈거 유닛만을 포함한다. 이 시스템은 간단하며, 이로 인해 생산된 전극은 더 높은 1 차 사이클 효율과 더 우수한 재귀 성능(recursive performance)을 제공하다. 실험 결과, 본 발명에서 제공하는 시스템에 의해 제조된 전극을 사용하여 생산된 완충 전지는 1 차 사이클 효율이 85.7 - 96.5 %이고, 100 사이클 후 전지의 용량 유지율이 90.7 - 98.3 %임을 나타내었다. The present invention provides a system for manufacturing electrodes with high cycle efficiency, the system comprising: an electrode processing unit; A temperature-controlled processing device, including a temperature-controlled vacuum processing device or a temperature-controlled inert processing device, connected in series with the electrode processing unit; and a stripping unit connected in series with the temperature control processing device, which separates the first metal source after compression rolling and the metal electrode to be replenished after compression rolling; or an atmosphere box in which a vacuum atmosphere or inert atmosphere exists; An electrode processing unit disposed inside the atmosphere box; A temperature control box connected in series with the electrode processing unit; and a stripping device connected in series with the temperature control box, which separates the first metal source after compression rolling and the metal electrode to be replenished after compression rolling. In the present invention, the composite electrode can be pressed and rolled by a compression roller device and then processed in a temperature-controlled vacuum processing device or a temperature-controlled inert processing device. It can also be processed in an atmosphere box in which the first metal shaft, the unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, the pressure roller device and the temperature control box connected in series behind the pressure roller device are arranged as a whole, and a vacuum atmosphere or an inert atmosphere is maintained in the atmosphere box. It exists inside. The system provided by the invention comprises only an unwinding device, a compression roller device, a vacuum treatment device or an inert treatment device and a stripping unit. This system is simple, and the resulting electrodes offer higher first cycle efficiency and better recursive performance. As a result of the experiment, the buffer battery produced using the electrode manufactured by the system provided by the present invention showed a first cycle efficiency of 85.7 - 96.5% and a capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles of 90.7 - 98.3%.

본 발명에서 제공하는 방법은 금속 소스와 보충될 전극을 물리적인 접착 접촉을 한 후 진공 또는 불활성 분위기에서 소정 지속시간 동안 온도 제어 처리를 하는 것만으로 사이클 효율이 높은 전극을 얻을 수 있다. 이 방법은 간단하다. 사이클 효율이 높은 전극은 금속 소스가 탈거될 때 그 표면에서 사람의 눈에 보이는 은백색 금속 리튬을 포함하지 않는다. 또한, 보충될 금속 전극은 전자 전도성과 이온 전도성을 모두 가지고 있다. 따라서, 금속 소스는 보충될 금속 전극에 대해 금속 매립 공정을 거치게 될 것이며, 또한 금속 확산 공정이 물리적 접착 접촉 중에 발생하여 전극이 더 높은 1 차 사이클 효율을 나타낸다. 본 발명에서 제공하는 방법에 의해 제조된 전극을 이용하여 제조된 완충 전지는 더 높은 1 차 사이클 효율과 더 높은 용량 유지율을 갖는다.The method provided by the present invention can obtain an electrode with high cycle efficiency by simply bringing the metal source into physical adhesive contact with the electrode to be replenished and then subjecting it to temperature control treatment for a predetermined period of time in a vacuum or inert atmosphere. This method is simple. High cycle efficiency electrodes do not contain the silvery white metallic lithium that is visible to the human eye on its surface when the metal source is removed. Additionally, the metal electrode to be supplemented has both electronic and ionic conductivity. Therefore, the metal source will undergo a metal embedding process for the metal electrode to be replenished, and also a metal diffusion process will occur during the physical adhesive contact, making the electrode exhibit higher first cycle efficiency. A buffer battery manufactured using the electrode manufactured by the method provided by the present invention has higher primary cycle efficiency and higher capacity maintenance rate.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템의 구조도이다.
도 1b는 본 발명의 시스템의 다른 예에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 비교 실시예 1 및 실시예 1에서 제조된 리튬 전지의 사이클 테스트 효과를 나타낸 도면이다.Figure 1a is a structural diagram of a system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency provided by an embodiment of the present invention.
Figure 1b is a structural diagram of a system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency provided by another example of the system of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the cycle test effect of the lithium battery manufactured in Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예의 기술적 해결 방안이 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 분명히, 설명될 실시예는 본 발명의 실시예의 전부가 아니라 일부일 뿐이다. 본 발명의 이러한 실시예에 기초하여, 당업자가 창의적인 노력없이 획득한 모든 다른 실시예는 본 발명의 보호 범위 내에 속해야 한다.In the following, the technical solutions of the embodiments of the present invention will be clearly and completely explained. Obviously, the embodiments to be described are only some and not all of the embodiments of the present invention. Based on these embodiments of the present invention, all other embodiments obtained by a person skilled in the art without creative efforts shall fall within the protection scope of the present invention.

본 발명은, 보충될 금속 전극 및 금속 소스를 롤러 압착, 플랫 압착, 가스 압착 또는 액체 압착하여 물리적 접착 접촉을 달성한 다음 진공 또는 불활성 분위기 하에서 온도 제어 처리를 한 후 사이클 효율이 높은 전극을 얻도록 금속 소스를 탈거하는 단계를 포함하는 사이클 효율이 높은 전극의 제조 방법을 제공하고,The present invention is to achieve physical adhesive contact by roller pressing, flat pressing, gas pressing or liquid pressing the metal electrode and the metal source to be replenished, and then subjecting it to temperature controlled treatment under vacuum or inert atmosphere to obtain an electrode with high cycle efficiency. Providing a method for manufacturing an electrode with high cycle efficiency including the step of removing the metal source,

보충될 금속 전극은 금속을 수송할 수 있는 음극 또는 금속을 수송할 수 있는 양극으로부터 선택되며,The metal electrode to be replenished is selected from a cathode capable of transporting a metal or an anode capable of transporting a metal,

금속 소스는 리튬 소스 또는 나트륨 소스로부터 선택된다.The metal source is selected from a lithium source or a sodium source.

본 발명에서 제공하는 제조 방법은 간단하고, 제조된 전극은 높은 사이클 효율, 높은 제품 품질, 낮은 비용 및 우수한 응용 전망을 갖는다. 전극을 사용하여 제조된 완충 전지는 1 차 사이클 효율과 용량 유지율이 더 높다.The manufacturing method provided by the present invention is simple, and the prepared electrode has high cycle efficiency, high product quality, low cost and excellent application prospects. Buffer batteries manufactured using electrodes have higher first cycle efficiency and capacity retention rate.

본 발명에서, 금속 소스의 금속은 리튬 또는 나트륨으로부터 선택된다. 금속 소스에 대해 선택된 금속 원소는 보충될 금속 전극의 금속 원소와 일치하는데, 즉, 동일한 금속 원소가 동시에 선택된다.In the present invention, the metal of the metal source is selected from lithium or sodium. The metal element selected for the metal source corresponds to the metal element of the metal electrode to be replenished, i.e. the same metal elements are selected simultaneously.

본 발명에서, 리튬 소스는 순수 금속 리튬, 리튬 합금 또는 리튬 복합물이고; 나트륨 소스는 순수 금속 나트륨, 나트륨 합금 또는 나트륨 복합물이다.In the present invention, the lithium source is pure metallic lithium, lithium alloy or lithium complex; Sodium sources are pure metallic sodium, sodium alloys, or sodium complexes.

본 발명에서 금속 소스는 단일 활성층의 형태로 존재할 수도 있고, 베이스 층과 활성층이 복합 층의 형태로 존재할 수도 있다. 베이스 층은, 연성을 갖는 금속 층 또는 내열성 및 금속 리튬과 비 반응성인 비금속 층으로부터 선택된다. 구체적으로, 베이스 층은 구리 호일, 알루미늄 호일, 스테인레스 강 호일, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리에스테르 또는 폴리테트라 플루오로 에틸렌으로부터 선택된다. 복합 층의 전체 두께는 단일 활성층의 두께와 일치한다. 탈거 강도 요건을 충족하고 파손되지 않는 한 활성층 및 복합 층의 두께에 대한 특별한 요구 사항은 없다.In the present invention, the metal source may exist in the form of a single active layer, or the base layer and the active layer may exist in the form of a composite layer. The base layer is selected from a ductile metallic layer or a non-metallic layer that is heat resistant and non-reactive with metallic lithium. Specifically, the base layer is selected from copper foil, aluminum foil, stainless steel foil, polyimide, polyaramid, polyester or polytetrafluoroethylene. The overall thickness of the composite layer matches the thickness of the single active layer. There are no special requirements for the thickness of the active layer and composite layer as long as they meet the stripping strength requirements and do not break.

본 발명에서 보충될 금속 전극은 금속을 수송할 수 있는 음극 또는 금속을 수송할 수 있는 양극으로부터 선택된다. 금속을 수송할 수 있는 음극은 금속을 매립할 수 있는 음극이다. 금속을 수송할 수 있는 양극은 금속을 매립할 수 있는 양극이다. 보충될 금속 전극은 바람직하게는 흑연 음극, 경질 탄소 음극, 연질 탄소 음극, 중상 탄소 미소 구 음극, 실리콘-탄소 음극, 실리콘-산소-탄소 음극, 실리콘 음극, 실리콘-산소 음극, 리튬 티타네이트 음극, 전이 금속 산화물 음극 또는 황 기반 양극으로부터 선택된다. 본 발명의 구체적인 예에서, 보충될 금속 전극은 실리콘-산소-탄소 복합 음극의 극편 또는 가역 용량이 600 mAh/g인 황-탄소 복합 양극의 극편으로부터 선택된다.The metal electrode to be supplemented in the present invention is selected from a cathode capable of transporting a metal or an anode capable of transporting a metal. The cathode that can transport metal is the cathode that can bury the metal. An anode that can transport metals is an anode that can bury metals. The metal electrode to be supplemented is preferably a graphite cathode, a hard carbon cathode, a soft carbon cathode, a medium carbon microsphere cathode, a silicon-carbon cathode, a silicon-oxygen-carbon cathode, a silicon cathode, a silicon-oxygen cathode, a lithium titanate cathode, selected from a transition metal oxide cathode or a sulfur-based anode. In a specific example of the present invention, the metal electrode to be replenished is selected from a pole piece of a silicon-oxygen-carbon composite cathode or a pole piece of a sulfur-carbon composite anode with a reversible capacity of 600 mAh/g.

본 발명에서 전극의 제조는 바람직하게는 분위기 박스에서 수행되고, 분위기 박스의 분위기는 진공 또는 불활성 분위기이다. 본 발명에서, 보충될 금속 전극 및 금속 소스는 진공 또는 불활성 분위기에서 롤러 압착, 플랫 압착, 가스 압착 또는 액체 압착되거나, 먼저 롤러 압착, 플랫 압착, 가스 압착 또는 액체 압착된 후 분위기 박스의 분위기를 진공 또는 불활성 분위기로 조정한 다음 온도 제어 처리가 수행될 수 있다.In the present invention, the production of the electrode is preferably carried out in an atmosphere box, and the atmosphere of the atmosphere box is a vacuum or an inert atmosphere. In the present invention, the metal electrode and metal source to be replenished are roller pressed, flat pressed, gas pressed or liquid pressed in a vacuum or inert atmosphere, or are first roller pressed, flat pressed, gas pressed or liquid pressed and then placed in a vacuum atmosphere in the atmosphere box. Alternatively, temperature control treatment may be performed following adjustment to an inert atmosphere.

본 발명에서, 보충될 금속의 금속 전극 및 금속 소스는 물리적 접착 접촉을 획득하도록 롤러 압착, 플랫 압착, 가스 압착 또는 액체 압착된다. 금속 소스와 보충될 금속 전극을 물리적으로 접착 접촉시킨 후, 진공 또는 불활성 분위기에서 온도 제어 처리가 수행되어, 보충 금속 소스의 품질과 균일성을 향상시킬뿐만 아니라 제조된 전극의 1 차 효율 및 사이클 성능을 개선한다. 온도 제어 처리는 바람직하게는 항온 처리이다. 본 발명에서 진공은 -10KPa 내지 -99KPa의 진공도를 갖는다. 불활성 분위기는 이산화탄소 분위기 또는 아르곤 분위기이다. 본 발명에서, 진공 또는 불활성 분위기에서의 온도 제어 처리는 바람직하게는 0 - 150 ℃, 보다 바람직하게는 20 - 110 ℃, 바람직하게는 0.1 h - 168 h의 지속시간 동안, 더 바람직하게는 3 h - 72 h 동안 수행된다. 본 발명의 특정 예에서, 진공 또는 불활성 분위기에서의 처리는 구체적으로 다음에 의해 수행된다: -20 KPa의 진공도에서 4 시간 동안 110 ℃의 온도에서 유지; 또는 -80 KPa의 진공도에서 30 시간 동안 50 ℃의 온도에서 유지; 또는 아르곤 분위기에서 2 일 동안 실온에서 유지; 또는 진공도를 -90 KPa로 한 포장 백에 진공 포장하고 진공 오븐에서 10 시간 동안 80 ℃의 온도에서 유지; 또는 -70 KPa의 진공도를 갖는 분위기 박스에서 8 시간 동안 55 ℃의 온도에서 유지; 또는 1 : 1의 분위기압으로 불소 및 이산화탄소 분위기를 도입하고 -95 KPa의 진공도의 분위기 박스에서 8 시간 동안 0 ℃의 온도에서 유지하는 것.In the present invention, the metal electrode and the metal source of the metal to be replenished are roller pressed, flat pressed, gas pressed or liquid pressed to obtain physical adhesive contact. After physically adhesive contacting the metal source and the metal electrode to be replenished, a temperature-controlled treatment is performed in vacuum or inert atmosphere, which not only improves the quality and uniformity of the replenished metal source, but also improves the primary efficiency and cycle performance of the fabricated electrode. improve. The temperature controlled treatment is preferably a constant temperature treatment. In the present invention, the vacuum has a vacuum degree of -10KPa to -99KPa. The inert atmosphere is a carbon dioxide atmosphere or an argon atmosphere. In the present invention, the temperature controlled treatment in vacuum or inert atmosphere is preferably at 0 - 150°C, more preferably at 20 - 110°C, preferably for a duration of 0.1 h - 168 h, more preferably 3 h. - It is carried out for 72 h. In a specific example of the invention, the treatment in vacuum or inert atmosphere is specifically carried out by: holding at a temperature of 110° C. for 4 hours at a vacuum degree of -20 KPa; or maintained at a temperature of 50°C for 30 hours at a vacuum degree of -80 KPa; or kept at room temperature for 2 days in an argon atmosphere; Or vacuum-packed in a packaging bag with a vacuum degree of -90 KPa and kept at a temperature of 80℃ for 10 hours in a vacuum oven; or maintained at a temperature of 55°C for 8 hours in an atmosphere box with a vacuum degree of -70 KPa; or introducing fluorine and carbon dioxide atmosphere at an atmospheric pressure of 1:1 and maintaining it at a temperature of 0℃ for 8 hours in an atmosphere box with a vacuum degree of -95 KPa.

본 발명에서는 보충할 금속의 금속 전극과 금속 소스를 접촉시킨 후 형성된 복합 리본을 알루미늄 비닐 봉지 또는 다른 진공 포장 방식으로 포장하여 공통 환경에 둘 수 있다. 본 발명에서 진공 분위기에서의 처리는 가열없이 수행될 수 있으며, 상온 환경에 직접 보관할 수 있어 에너지 소비를 절감할 수 있다. 처리 중에 가열이 필요한 경우, 전체 롤에서 가열될 수 있고, 또한, 감거나 풀리는 방식으로 가열될 수 있는데, 즉, 금속 소스와 보충될 금속 전극의 복합 리본이 풀린 후 감기는 방식으로 가열된다.In the present invention, the composite ribbon formed after contacting the metal electrode of the metal to be replenished with the metal source can be packaged in an aluminum plastic bag or other vacuum packaging method and placed in a common environment. In the present invention, processing in a vacuum atmosphere can be performed without heating, and energy consumption can be reduced by directly storing it in a room temperature environment. If heating is required during processing, it can be heated in the entire roll, and can also be heated in a winding or unwinding manner, that is, the composite ribbon of the metal source and the metal electrode to be supplemented is heated in a unwinding and then winding manner.

본 발명에서, 보충될 금속 전극은 바람직하게는 시트형 또는 리본형이다.In the present invention, the metal electrode to be replenished is preferably sheet-shaped or ribbon-shaped.

본 발명에서, 금속 소스가 나트륨 소스이고 보충될 금속 전극은 보충될 나트륨 전극이면, 획득된 전극은 나트륨 전지 전극이고; In the present invention, if the metal source is a sodium source and the metal electrode to be replenished is a sodium electrode to be replenished, the obtained electrode is a sodium cell electrode;

금속 소스가 리튬 소스이고, 보충될 금속 전극이 보충될 리튬 전극이면, 획득된 전극은 리튬 전극이다.If the metal source is a lithium source and the metal electrode to be replenished is a lithium electrode to be replenished, the obtained electrode is a lithium electrode.

본 발명은 전술한 기술적 해결 방안에서 설명한 제조 방법에 의해 제조된 사이클 효율이 높은 전극을 전지에 사용하는 방법을 제공한다. 전지는 나트륨 전지 또는 리튬 전지이사이클 효율이 높은 전극이다.The present invention provides a method of using an electrode with high cycle efficiency manufactured by the manufacturing method described in the above-described technical solution in a battery. The battery is a sodium battery or lithium battery with high cycle efficiency electrodes.

본 발명에서는 전술한 전극 극편과 양극(음극) 극편에 적층, 예비 용접, 용접, 캔에 담기, 액체 주입, 포장, 격납(shelving), 성형, 2차 포장, 절단-접이식 다림질, 용량 등급 매기기, 노화 공정 및 기타 공정을 수행하여 전지를 획득한다. 본 발명에서, 획득된 전지는 그것의 1 차 사이클 효율 및 사이클 성능에 대해 테스트된다.In the present invention, lamination, pre-welding, welding, canning, liquid injection, packaging, shelving, molding, secondary packaging, cut-folding ironing, capacity grading, Cells are obtained by performing aging processes and other processes. In the present invention, the obtained battery is tested for its first cycle efficiency and cycle performance.

본 발명에서 상술한 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템은 전극 처리 유닛; 온도 제어 진공 처리 장치 또는 온도 제어 불활성 처리를 포함하며 전극 처리 장치와 직렬로 연결된 온도 제어 처리 장치; 및 온도 제어 처리 장치와 직렬로 연결된 탈거 유닛 - 압착 롤링 후 제 1 금속 소스와 압착 롤링 후 보충될 금속 전극을 분리함 - 을 포함하고;In the present invention, the system for manufacturing the electrode with high cycle efficiency described above includes an electrode processing unit; A temperature-controlled processing device comprising a temperature-controlled vacuum processing device or a temperature-controlled inerting device and connected in series with an electrode processing device; and a stripping unit connected in series with the temperature control processing device, which separates the first metal source after compression rolling and the metal electrode to be replenished after compression rolling;

전극 처리 유닛은 제 1 금속 소스를 풀기 위한 제 1 금속 소스의 권출 축; 제 1 금속 소스의 권출 축과 병렬로 연결되며 보충될 금속 전극을 풀기 위한 보충될 금속 전극의 권출 축; 및 제 1 금속 소스의 권출 축 및 보충될 금속 전극의 권출 축과 직렬로 연결되며 보충될 금속 전극과 제 1 금속 소스를 압착 롤링하여 복합 전극으로 만드는 압착 롤러 장치를 포함한다. The electrode processing unit includes an unwinding shaft of the first metal source for unwinding the first metal source; an unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, which is connected in parallel with the unwinding shaft of the first metal source and is configured to unwind the metal electrode to be replenished; and a compression roller device connected in series with the unwinding shaft of the first metal source and the unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, and for compressing and rolling the metal electrode to be replenished and the first metal source to form a composite electrode.

도 1a를 참조하면, 도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템의 구조도이고, 여기서 1은 제 1 금속 소스의 권출 축이고, 2는 보충될 금속 전극의 권출 축, 3은 제 2 금속 소스의 권출 축, 4는 제 1 금속 소스, 5는 보충될 금속 전극, 6은 제 2 금속 소스, 7은 제 1 압착 롤러, 8은 제 2 압착 롤러, 10은 가이드 롤러 축, 11은 탈거 후의 제 1 금속 소스, 12는 탈거 후의 극편, 13은 탈거 후의 제 2 금속 소스, 14는 탈거 후의 제 1 금속 소스의 권취 축이고, 15는 복합 극편의 권취 축, 16은 탈거 후의 제 2 금속 소스의 권취 축, 21은 탈거 후의 보충될 금속 전극의 권취 축, 17은 복합 전극, 18a는 가스 배출 밸브, 19a는 가스 유입 밸브, 20a는 온도 제어 처리 장치이다.Referring to FIG. 1A, FIG. 1A is a structural diagram of a system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency provided by an embodiment of the present invention, where 1 is the unwinding axis of the first metal source and 2 is the axis of the metal electrode to be replenished. Unwinding axis, 3 is the unwinding axis of the second metal source, 4 is the first metal source, 5 is the metal electrode to be replenished, 6 is the second metal source, 7 is the first pressing roller, 8 is the second pressing roller, 10 is the second pressing roller. Guide roller axis, 11 is the first metal source after removal, 12 is the pole piece after removal, 13 is the second metal source after removal, 14 is the winding axis of the first metal source after removal, 15 is the winding axis of the composite pole piece, and 16 is the winding axis of the composite pole piece. 21 is the winding axis of the second metal source after removal, 21 is the winding axis of the metal electrode to be replenished after removal, 17 is a composite electrode, 18a is a gas discharge valve, 19a is a gas inlet valve, and 20a is a temperature control processing device.

본 발명에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템은 전극 처리 유닛을 포함한다. 전극 처리 유닛은 제 1 금속 소스(4)를 풀기 위한 제 1 금속 소스의 권출 축(1)을 포함한다. 제 1 금속 소스(4)는 리튬 소스 또는 나트륨 소스로부터 선택된다. 제 1 금속 소스를 위해 선택된 금속 원소는 보충될 금속 전극에 있는 금속 원소와 일치하는데, 즉, 동일한 금속 원소가 동시에 선택된다.The system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency provided by the present invention includes an electrode processing unit. The electrode processing unit includes an unwinding shaft (1) of the first metal source (4) for unwinding the first metal source (4). The first metal source 4 is selected from a lithium source or a sodium source. The metal element selected for the first metal source matches the metal element in the metal electrode to be replenished, i.e. the same metal element is selected simultaneously.

본 발명에서 리튬 소스는 순수 금속 리튬, 리튬 합금 또는 리튬 복합물이고, 나트륨 소스는 순수 금속 나트륨, 나트륨 합금 또는 나트륨 복합물이다. 본 발명의 특정 예에서, 금속 소스는 리본형 리튬-알루미늄 합금, 리본형 순수 금속 리튬 또는 구리로 덮인 순수 금속 리튬 리본이다.In the present invention, the lithium source is pure metallic lithium, lithium alloy, or lithium composite, and the sodium source is pure metallic sodium, sodium alloy, or sodium composite. In certain examples of the invention, the metal source is a ribbon-shaped lithium-aluminum alloy, a ribbon-shaped pure metal lithium, or a copper-covered pure metal lithium ribbon.

본 발명에서, 제 1 금속 소스는 단일 활성층의 형태로 존재할 수 있거나, 베이스 층과 활성층의 복합 층의 형태로 존재할 수 있다. 베이스 층은 연성을 갖는 금속 층 또는 내열성 및 금속 리튬과 비 반응성인 비금속 층으로부터 선택된다. 구체적으로, 베이스 층은 구리 호일, 알루미늄 호일, 스테인레스 강 호일, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리에스테르 또는 폴리테트라 플루오로 에틸렌으로부터 선택된다. 복합 층의 전체 두께는 단일 활성 층의 두께와 일치한다. 탈거 강도 요건을 충족하고 파손되지 않는 한 활성층 및 복합 층의 두께에 대한 특별한 요구 사항은 존재하지 않는다.In the present invention, the first metal source may be present in the form of a single active layer, or may be present in the form of a composite layer of a base layer and an active layer. The base layer is selected from a ductile metallic layer or a non-metallic layer that is heat resistant and non-reactive with metallic lithium. Specifically, the base layer is selected from copper foil, aluminum foil, stainless steel foil, polyimide, polyaramid, polyester or polytetrafluoroethylene. The overall thickness of the composite layer matches the thickness of the single active layer. There are no special requirements for the thickness of the active layer and composite layer, as long as they meet the stripping strength requirements and do not break.

전극 처리 유닛은, 제 1 금속 소스의 권출 축과 병렬로 연결되며 보충될 금속 전극(5)을 풀기 위한 보충될 금속 전극의 권출 축(2)을 포함한다. 본 발명에서, 보충될 금속 전극(5)은 금속을 수송할 수 있는 음극 또는 금속을 수송할 수 있는 양극으로부터 선택된다. 금속을 수송할 수 있는 음극은 금속을 매립할 수 있는 음극이다. 금속을 수송할 수 있는 양극은 금속을 매립할 수 있는 양극이다. 보충될 금속 전극은 바람직하게는 흑연 음극, 경질 탄소 음극, 연질 탄소 음극, 중상 탄소 미소 구 음극, 실리콘-탄소 음극, 실리콘-산소-탄소 음극, 실리콘 음극, 실리콘-산소 음극, 리튬 티타네이트 음극, 전이 금속 산화물 음극 또는 황 기반 양극으로부터 선택된다. 본 발명의 구체적인 예에서, 보충될 금속 전극은 600m Ah/g의 가역 용량을 갖는 실리콘-산소-탄소 복합 음극으로부터 선택된다. The electrode processing unit is connected in parallel with the unwinding axis of the first metal source and includes an unwinding shaft 2 of the metal electrode to be replenished for unwinding the metal electrode 5 to be replenished. In the present invention, the metal electrode 5 to be replenished is selected from a cathode capable of transporting metal or an anode capable of transporting metal. The cathode that can transport metal is the cathode that can bury the metal. An anode that can transport metals is an anode that can bury metals. The metal electrode to be supplemented is preferably a graphite cathode, a hard carbon cathode, a soft carbon cathode, a medium carbon microsphere cathode, a silicon-carbon cathode, a silicon-oxygen-carbon cathode, a silicon cathode, a silicon-oxygen cathode, a lithium titanate cathode, selected from a transition metal oxide cathode or a sulfur-based anode. In a specific example of the invention, the metal electrode to be replenished is selected from a silicon-oxygen-carbon composite cathode with a reversible capacity of 600 m Ah/g.

전극 처리 유닛은, 제 1 금속 소스의 권출 축 및 보충될 금속 전극의 권출 축과 직렬로 연결되며 보충될 금속 전극 및 제 1 금속 소스를 압착 롤링하기 위한 압착 롤러 장치를 포함한다. 압착 롤러 장치는 서로 마주보도록 배치된 제 1 압착 롤러(7) 및 제 2 압착 롤러(8)를 포함한다. 압착 롤러 장치의 롤러 압착 호스트는 압력을 정확하게 감지하고 롤러 갭을 조정할 수 있다. 압착 롤러 장치는 제 1 금속 소스 및 보충될 금속 전극이 물리적 접착 접촉을 달성하게 한다. 압착 롤링 후 얻어진 복합 전극(17)은, 복합 전극을 감도록 가이드 롤러 축을 통해 복합 극편(15)의 권취 축으로 이송된다.The electrode processing unit is connected in series with the unwinding axis of the first metal source and the unwinding axis of the metal electrode to be replenished and includes a pressing roller device for pressing and rolling the metal electrode to be replenished and the first metal source. The pressing roller device includes a first pressing roller (7) and a second pressing roller (8) arranged to face each other. The roller compression host of the compression roller device can accurately sense the pressure and adjust the roller gap. The pressing roller device causes the first metal source and the metal electrode to be replenished to achieve physical adhesive contact. The composite electrode 17 obtained after pressing and rolling is transferred to the winding axis of the composite pole piece 15 through the guide roller axis to wind the composite electrode.

본 발명에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템은, 전극 처리 유닛과 직렬로 연결된 온도 제어 처리 장치(20a)를 포함한다. 온도 제어 처리 장치는 온도 제어 진공 처리 장치(201) 및 온도 제어 불활성 처리 장치(202)를 포함한다. 구체적으로, 온도 제어 처리 장치는 전극 처리 유닛의 압착 롤러 장치와 연결되고, 온도 제어 처리 장치에는 가스 유입 밸브(18a) 및 가스 배출 밸브(19a)가 제공된다. 본 출원에서 온도 제어 진공 처리 장치는 진공 오븐 또는 진공 백이다. 진공 오븐은 진공화하고 온도를 제어하는 기능이 있다. 온도 제어 불활성 처리 장치는 진공 오븐에 불활성 가스를 도입하여 실현된다. 온도 제어 불활성 처리 장치 내부의 불활성 분위기는 CO2 분위기 또는 아르곤 분위기이다. 본 발명에서는 권취 후의 복합 극편을 공정 처리를 위해 온도 제어 처리 장치에 둔다.The system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency provided by the present invention includes a temperature control processing device 20a connected in series with an electrode processing unit. The temperature controlled processing device includes a temperature controlled vacuum processing device 201 and a temperature controlled inert processing device 202. Specifically, the temperature control processing device is connected to the pressing roller device of the electrode processing unit, and the temperature control processing device is provided with a gas inlet valve 18a and a gas discharge valve 19a. The temperature controlled vacuum processing device in this application is a vacuum oven or vacuum bag. Vacuum ovens have the function of vacuuming and controlling temperature. The temperature controlled inert processing device is realized by introducing inert gas into a vacuum oven. The inert atmosphere inside the temperature controlled inert treatment device is a CO 2 atmosphere or an argon atmosphere. In the present invention, the composite pole piece after winding is placed in a temperature-controlled processing device for processing.

본 발명에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템은, 온도 제어 처리 장치와 직렬로 연결된 탈거 유닛을 포함하며, 이는 압착 롤링 후 보충될 금속 전극과 제 1 금속 소스를 분리한다. 탈거 유닛은 가이드 롤러 축(10)이다. 가이드 롤러 축의 수는 바람직하게는 ≥1이다. 복합 극편이 가이드 롤러 축을 통과 한 후, 압착 롤링 후의 제 1 금속 소스와 압착 롤링 후의 보충될 금속 전극이 탈거된다.The system for manufacturing electrodes with high cycle efficiency provided by the present invention includes a stripping unit connected in series with a temperature-controlled processing device, which separates the first metal source from the metal electrode to be replenished after compression rolling. The removal unit is the guide roller shaft (10). The number of guide roller axes is preferably ≥1. After the composite pole piece passes through the guide roller axis, the first metal source after compression rolling and the metal electrode to be replenished after compression rolling are removed.

시스템은 바람직하게는 탈거 유닛과 직렬로 연결되는 권취 유닛을 더 포함하고, 이는 탈거된 후의 제 1 금속 소스(11) 및 탈거된 후의 극편(12)을 탈거된 후의 제 1 금속 소스의 권취 축(14) 및 탈거된 후의 극편의 권취 축(21) 둘레에 감는다.The system further comprises a winding unit, preferably connected in series with the stripping unit, which wraps the first metal source 11 after removal and the pole piece 12 after removal along the winding axis of the first metal source after removal ( 14) and the removed pole piece is wound around the winding shaft (21).

보충될 금속 전극이 그 양면에 금속을 보충할 필요가 있는 경우, 본 발명에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템은 바람직하게는, 제 1 금속 소스의 권출 축 및 보충될 금속 전극의 권출 축와 병렬로 연결되며, 제 2 금속 소스(6)를 풀기 위한 제 2 금속 소스의 권출 축(3)을 더 포함한다. 제 1 금속 소스의 권출 축 및 제 2 금속 소스의 권출 축은 보충될 금속 전극의 권출 축의 상측과 하측에 각각 위치한다. 이에 대응하여, 압착 롤링 후의 제 2 금속 소스는 탈거 유닛에서 탈거되고, 탈거된 제 2 금속 소스의 권취 축(16)은 탈거 후의 제 2 금속 소스를 감기 위해 탈거 유닛 뒤에 배치되어야 한다.When the metal electrode to be replenished needs to be replenished with metal on both sides thereof, the system for producing an electrode with high cycle efficiency provided by the present invention preferably comprises an unwinding shaft of the first metal source and an unwinding shaft of the metal electrode to be replenished. It is connected in parallel with the shaft and further includes an unwinding shaft (3) of the second metal source for unwinding the second metal source (6). The unwinding axis of the first metal source and the unwinding axis of the second metal source are located above and below the unwinding axis of the metal electrode to be replenished, respectively. Correspondingly, the second metal source after compression rolling is removed from the stripping unit, and the winding shaft 16 of the removed second metal source must be placed behind the stripping unit for winding the second metal source after removal.

본 발명에서는 권취와 권출의 속도를 적절하게 조절하여 이들의 속도를 맞추고 권취와 권출을 팽팽하게 하여 수행될 수 있다.In the present invention, the speed of winding and unwinding can be adjusted appropriately to match these speeds and the winding and unwinding can be performed tautly.

도 1b를 참조하면, 도 1b는 본 발명의 다른 예에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템의 구조도로서, 9는 온도 제어 박스이고, 20b는 분위기 박스이며, 18b는 가스 유입구이고, 19b는 가스 배출구이다.Referring to FIG. 1B, FIG. 1B is a structural diagram of a system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency provided by another example of the present invention, where 9 is a temperature control box, 20b is an atmosphere box, 18b is a gas inlet, and 19b is the gas outlet.

본 발명에서 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템은 다음과 같이 제공될 수도 있다:The system for manufacturing the electrode with high cycle efficiency in the present invention may be provided as follows:

사이클 효율이 높은 전극을 제조하기 위한 시스템은, 분위기 박스 - 분위기 박스 내부에 진공 분위기 또는 불활성 분위기가 존재함 - ;A system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency includes an atmosphere box - a vacuum atmosphere or an inert atmosphere exists inside the atmosphere box;

분위기 박스 내부에 배치된 전극 처리 유닛; 전극 처리 장치에 직렬로 연결된 온도 제어 박스; 및 온도 제어 박스와 직렬로 연결된 탈거 유닛 - 이는 압착 롤링 후의 제 1 금속 소스와 압착 롤링 후의 보충될 금속 전극을 분리함 - 을 포함하고;An electrode processing unit disposed inside the atmosphere box; A temperature control box connected in series to the electrode processing device; and a stripping unit connected in series with the temperature control box, which separates the first metal source after compression rolling and the metal electrode to be replenished after compression rolling;

전극 처리 유닛은, 제 1 금속 소스를 풀기 위한 제 1 금속 소스의 권출 축; 제 1 금속 소스의 권출 축과 병렬로 연결되며 보충될 금속 전극을 풀기 위한 보충될 금속 전극의 권출 축; 및 제 1 금속 소스의 권출 축 및 보충될 금속 전극의 권출 축과 직렬로 연결되며 보충될 금속 전극과 제 1 금속 소스를 압착 롤링하여 복합 전극으로 만드는 압착 롤러 장치를 포함한다. The electrode processing unit includes an unwinding shaft of the first metal source for unwinding the first metal source; an unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, which is connected in parallel with the unwinding shaft of the first metal source and is configured to unwind the metal electrode to be replenished; and a compression roller device connected in series with the unwinding shaft of the first metal source and the unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, and for compressing and rolling the metal electrode to be replenished and the first metal source to form a composite electrode.

분위기 박스 내부의 처리가 지속적으로 수행할 수 있어, 작업 효율을 높이고 에너지 소비를 절감할 수 있다.Processing inside the atmosphere box can be performed continuously, increasing work efficiency and reducing energy consumption.

본 발명에 의해 제공되는 시스템은 내부에 진공 분위기 또는 불활성 분위기 또는 보호 분위기 또는 불활성 분위기-보호 분위기의 혼합 분위기가 존재하는 분위기 박스(20b)를 포함한다. 분위기 박스는 온도 제어 기능이 없으며 바람직하게는 입방체 또는 직육면체이다. 가스 유입구(18b) 및 가스 배출구(19b)는 분위기 박스에 배치된다. 불활성 분위기는 CO2 분위기 또는 아르곤 분위기에서 선택되고, 보호 분위기는 불소 분위기 및/또는 질소 가스 분위기에서 선택된다.The system provided by the present invention includes an atmosphere box 20b in which there is a vacuum atmosphere or an inert atmosphere or a protective atmosphere or a mixed atmosphere of an inert atmosphere and a protective atmosphere. The atmosphere box has no temperature control function and is preferably cubic or rectangular. The gas inlet 18b and the gas outlet 19b are disposed in the atmosphere box. The inert atmosphere is selected from a CO 2 atmosphere or an argon atmosphere, and the protective atmosphere is selected from a fluorine atmosphere and/or a nitrogen gas atmosphere.

본 발명에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템은, 분위기 박스 내부에 배치된 전극 처리 유닛을 포함하고, 전극 처리 유닛은 제 1 금속 소스를 풀기 위한 제 1 금속 소스의 권출 축; 제 1 금속 소스의 권출 축과 병렬로 연결되며 보충될 금속 전극을 풀기 위한 보충될 금속 전극의 권출 축; 및 제 1 금속 소스의 권출 축 및 보충될 금속 전극의 권출 축과 직렬로 연결되며 보충될 금속 전극과 제 1 금속 소스를 압착 롤링하여 복합 전극으로 만드는 압착 롤러 장치를 포함한다. 금속 소스의 권출 축, 보충될 금속 전극의 권출 축, 분위기 박스에 배치된 압착 롤러 장치는 전술한 기술적 해결 방안과 동일하므로 여기에서 반복 설명되지 않는다.The system for manufacturing an electrode with high cycle efficiency provided by the present invention includes an electrode processing unit disposed inside an atmosphere box, wherein the electrode processing unit includes an unwinding shaft of the first metal source for unwinding the first metal source; an unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, which is connected in parallel with the unwinding shaft of the first metal source and is configured to unwind the metal electrode to be replenished; and a compression roller device connected in series with the unwinding shaft of the first metal source and the unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, and for compressing and rolling the metal electrode to be replenished and the first metal source to form a composite electrode. The unwinding shaft of the metal source, the unwinding shaft of the metal electrode to be replenished, and the pressing roller device disposed in the atmosphere box are the same as the technical solution described above and will not be repeated here.

본 발명에서, 처리 유닛은 압착 롤러 장치와 직렬로 연결된 온도 제어 박스(9)를 포함한다. 온도 제어 박스(9)는 복합 전극을 원하는 온도에서 원하는 지속시간 동안 처리되게 할 수 있고, 금속 원소 보충제의 품질 및 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조된 전극의 1 차 효율 및 사이클 성능을 향상시킬 수 있다. 온도 제어 박스는 온도 조절 기능을 갖고 있으며, 바람직하게는 항온 박스이다. 복합 전극은 가이드 롤러 축을 통해 온도 제어 박스에 들어가고 온도 제어 처리 후 가이드 롤러 축을 통해 온도 제어 박스를 빠져 나간 다음 탈거된다.In the present invention, the processing unit comprises a temperature control box (9) connected in series with a pressing roller device. The temperature control box (9) can ensure that the composite electrode is processed at a desired temperature and for a desired duration, improving the quality and uniformity of metal element supplementation, as well as improving the primary efficiency and cycle performance of the manufactured electrode. You can do it. The temperature control box has a temperature control function and is preferably a constant temperature box. The composite electrode enters the temperature control box through the guide roller axis, and after temperature control treatment, it exits the temperature control box through the guide roller axis and then is removed.

보충될 금속 전극이 양면에 금속으로 보충되어야 하는 경우, 본 발명에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극을 제조하는 시스템은 바람직하게는, 보충될 금속 전극의 권출 축 및 제 1 금속 소스의 권출 축과 병렬로 연결되며 제 2 금속 소스를 풀기 위한 제 2 금속 소스의 권출 축을 더 포함한다. 제 1 금속 소스의 권출 축, 보충될 금속 전극의 권출 축 및 제 2 금속 소스의 권출 축은 대응하는 각속도를 갖는다.When the metal electrode to be replenished is to be replenished with metal on both sides, the system for producing an electrode with high cycle efficiency provided by the present invention is preferably parallel to the unwinding axis of the metal electrode to be replenished and the unwinding axis of the first metal source. It is connected to and further includes an unwinding shaft of the second metal source for unwinding the second metal source. The unwinding axis of the first metal source, the unwinding axis of the metal electrode to be replenished and the unwinding axis of the second metal source have corresponding angular velocities.

본 발명의 추가 설명을 위해, 본 발명에서 제공하는 사이클 효율이 높은 전극의 제조 방법 및 이의 응용을 실시예와 함께 이하에서 상세하게 설명하지만, 이는 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. For further explanation of the present invention, the manufacturing method of the electrode with high cycle efficiency provided by the present invention and its application are described in detail below along with examples, but this should not be regarded as limiting the scope of protection of the present invention. .

비교 실시예 1Comparative Example 1

원료 혼합, 교반, 코팅, 롤러 압착, 베이킹 및 다이 커팅에 의해 실리콘-산소-탄소(SOC) 음극의 극편을 제조하였다.The pole pieces of silicon-oxygen-carbon (SOC) cathode were prepared by mixing raw materials, stirring, coating, roller pressing, baking, and die cutting.

가역 용량이 600mAh/g인 SOC 음극의 리본형 극편과 니켈-코발트-리튬 알루미늄 산(NCA) 양극의 극편을 적층, 사전 용접, 용접, 캔에 담기, 액체 주입, 포장, 격납, 성형, 2 차 포장, 절단-접이식 다림질, 용량 등급 매기기 및 노화를 포함하는 18 개의 공정을 거쳐 각 유닛이 42 Ah로 설계된 소프트 팩 전지로 제조하였다. 전지는 1 차 효율과 사이클에 대해 테스트되었다. 결과는 도 2에 도시된다. 도 2는 본 발명의 비교 실시예 1 및 실시예 1에서 제조된 리튬 전지의 사이클 테스트를 나타낸 도면이다. 도 2에서 비교 실시예의 사이클은 계속해서 약화되고 100 사이클 후 전지의 용량 유지율은 82.1 %임을 알 수 있다.Ribbon-shaped pole pieces of SOC cathode with a reversible capacity of 600 mAh/g and pole pieces of nickel-cobalt-lithium aluminum acid (NCA) anode are laminated, pre-welded, welded, canned, liquid injected, packaged, contained, formed, secondary. Each unit was manufactured into a soft pack battery designed for 42 Ah through 18 processes including packaging, cutting-folding, ironing, capacity grading, and aging. The cells were tested for primary efficiency and cycling. The results are shown in Figure 2. Figure 2 is a diagram showing cycle tests of lithium batteries manufactured in Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention. In Figure 2, it can be seen that the cycle of the comparative example continues to weaken and the capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles is 82.1%.

비교 실시예 1에서 제조된 전지는 1 차 효율이 78.2 %이다.The battery prepared in Comparative Example 1 had a primary efficiency of 78.2%.

실시예 1Example 1

원료 혼합, 교반, 코팅, 롤러 압착, 베이킹 및 다이 커팅에 의해 실리콘-산소-탄소(SOC) 음극의 리본형 극편을 획득하였다.Ribbon-shaped pole pieces of silicon-oxygen-carbon (SOC) cathode were obtained by mixing raw materials, stirring, coating, roller pressing, baking, and die cutting.

가역 용량이 600 mAh/g인 실리콘-산소-탄소 복합 음극의 리본형 순수 금속 리튬과 리본형 극편을 롤러 압착, 결합 및 직접 접촉하여 물리적 접착 접촉을 실현했다. 진공도 -20 KPa의 진공 오븐에서 110°C의 온도로 4 시간 동안 유지하고, 아르곤 가스를 채운 후 주위 온도로 냉각한 다음 꺼냈다. 그 후, 금속 리튬을 탈거하여 사이클 효율이 높은 음극 극편을 획득하였다.Physical adhesive contact was realized by roller pressing, bonding, and direct contact between ribbon-shaped pure metal lithium and ribbon-shaped pole pieces of a silicon-oxygen-carbon composite cathode with a reversible capacity of 600 mAh/g. It was maintained at a temperature of 110°C for 4 hours in a vacuum oven with a vacuum of -20 KPa, filled with argon gas, cooled to ambient temperature, and then taken out. Afterwards, the metal lithium was removed to obtain a negative electrode piece with high cycle efficiency.

도 1a에 도시된 장치를 사용하여, 전술한 사이클 효율이 높은 음극 극편과 NCA 양극의 극편을 적층, 사전 용접, 용접, 캔에 담기, 액체 주입, 포장, 격납, 성형, 2 차 포장, 절단-접이식 다림질, 용량 등급 매기기 및 노화를 포함하는 18 개의 공정을 거쳐 각 유닛이 42 Ah로 설계된 소프트 팩 전지로 제조하였다. 전지는 1 차 효율과 사이클에 대해 테스트되었다. 결과는 도 2에 도시되어 있다. 도 2로부터 실시예 1의 전지의 사이클 프로세스 동안 약간의 용량 회복이 있고 방전 용량이 처음 10 사이클에서 거의 약화되지 않았음을 알 수 있다.Using the apparatus shown in Figure 1a, the above-mentioned high cycle efficiency cathode pole pieces and the pole pieces of NCA anode are laminated, pre-welded, welded, canned, liquid injected, packaged, contained, formed, secondary packaged, cut- Each unit was manufactured into a soft pack battery designed for 42 Ah through 18 processes including folding, ironing, capacity grading, and aging. The cells were tested for primary efficiency and cycling. The results are shown in Figure 2. From Figure 2, it can be seen that there was some capacity recovery during the cycling process of the cell of Example 1 and that the discharge capacity was hardly weakened in the first 10 cycles.

실시예 1에서 제조된 전지는 1 차 효율이 91.3 %이고, 100 사이클 후 전지의 용량 유지율은 95.2 %이다.The battery prepared in Example 1 had a primary efficiency of 91.3%, and the capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles was 95.2%.

실시예 2Example 2

원료 혼합, 교반, 코팅, 롤러 압착, 베이킹 및 다이 커팅에 의해, 실리콘-산소-탄소(SOC) 음극의 리본형 극편을 획득하였다.By mixing raw materials, stirring, coating, roller pressing, baking and die cutting, ribbon-shaped pole pieces of silicon-oxygen-carbon (SOC) cathode were obtained.

도 1a에 도시된 장치를 사용하여, 가역 용량이 600 mAh/g인 리본형 리튬-알루미늄 합금 및 리본형 실리콘-산소-탄소 복합 음극을 롤러 압착하여 물리적 접착접촉을 실현하였다. 진공도 -80KPa의 진공 오븐에서 50 ℃의 온도로 30 시간 동안 유지한 다음, 이산화탄소를 채운 후 상온으로 식힌 후 꺼냈다. 그 다음, 금속 리튬-알루미늄을 탈거하여 사이클 효율이 높은 음극을 획득하였다.Using the device shown in Figure 1A, physical adhesive contact was realized by roller pressing a ribbon-shaped lithium-aluminum alloy and a ribbon-shaped silicon-oxygen-carbon composite cathode with a reversible capacity of 600 mAh/g. It was maintained at a temperature of 50°C for 30 hours in a vacuum oven with a vacuum degree of -80KPa, then filled with carbon dioxide, cooled to room temperature, and taken out. Next, the metal lithium-aluminum was removed to obtain a cathode with high cycle efficiency.

전술한 사이클 효율이 높은 음극과 NCA 양극은 적층, 예비 용접, 용접, 캔에 담기, 액체-주입, 포장, 격납, 성형, 2 차 포장, 절단-접이식-다림질, 용량 등급 매기기 및 노화를 포함하는 18 개의 공정을 거쳐 각 유닛이 42Ah로 설계된 소프트 팩 전지로 제조되었다. 전지는 1 차 효율과 사이클에 대해 테스트되었다.The above-mentioned high cycle efficiency cathodes and NCA anodes have various processes including lamination, pre-welding, welding, canning, liquid-pouring, packaging, containment, forming, secondary packaging, cutting-folding-ironing, capacity grading and aging. Through 18 processes, each unit was manufactured as a soft pack battery designed for 42Ah. The cells were tested for primary efficiency and cycling.

본 발명의 실시예 2에서 제조된 전지는 1 차 효율이 89.1 %이고, 100 회 사이클 후 전지의 용량 유지율은 93.2 %이다.The battery manufactured in Example 2 of the present invention had a primary efficiency of 89.1%, and the capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles was 93.2%.

실시예 3Example 3

원료 혼합, 교반, 코팅, 롤러 압착, 베이킹 및 다이 커팅에 의해 실리콘-산소-탄소(SOC) 음극의 리본형 극편을 획득하였다.Ribbon-shaped pole pieces of silicon-oxygen-carbon (SOC) cathode were obtained by mixing raw materials, stirring, coating, roller pressing, baking, and die cutting.

PET를 베이스 층으로 사용하고 순수 리튬을 활성층으로 사용하여 리튬 리본을 획득하였다.A lithium ribbon was obtained using PET as the base layer and pure lithium as the active layer.

도 1a에 도시된 장치를 사용하여, 가역 용량이 600 mAh/g인 리튬 리본과 리본형 실리콘-산소-탄소 복합 음극을 롤러 압착하여 물리적 접착 접촉을 실현하고, 아르곤 분위기에서 2 일 동안 실온에서 유지한 다음 꺼낸다. 그 다음, 리튬 리본을 탈거하고 다이 커팅 장비로 다이 커팅하여 사이클 효율이 높은 음극 극편을 획득하였다.Using the device shown in Figure 1a, a lithium ribbon with a reversible capacity of 600 mAh/g and a ribbon-like silicon-oxygen-carbon composite cathode were roller pressed to realize physical adhesive contact, and kept at room temperature for 2 days in an argon atmosphere. Then take it out. Next, the lithium ribbon was removed and die cut with a die cutting equipment to obtain a negative electrode piece with high cycle efficiency.

상술한 사이클 효율이 높은 음극 극편과 NCA 양극의 극편을 적층, 예비 용접, 용접, 캔에 담기, 액체 주입, 포장, 격납, 성형, 2 차 포장, 절단-접이식 다림질, 용량 등급 매기기 및 노화를 포함하는 18 개의 공정을 거쳐 각각 42Ah로 설계된 소프트 팩 전지로 제조하였다. 전지는 1 차 효율과 사이클에 대해 테스트되었다.The above cycle-efficient cathode pole pieces and NCA anode pole pieces include laminating, pre-welding, welding, canning, liquid injection, packaging, containment, forming, secondary packaging, cut-folding ironing, capacity grading and aging. Soft pack batteries designed for each 42Ah were manufactured through 18 processes. The cells were tested for primary efficiency and cycling.

본 발명의 실시예 3에서 제조된 전지는 1 차 효율이 89.4 %이고 100 사이클 후 전지의 용량 유지율은 91.1 %이다.The battery manufactured in Example 3 of the present invention had a primary efficiency of 89.4% and a capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles of 91.1%.

실시예 4Example 4

원료 혼합, 교반, 코팅, 롤러 압착, 베이킹 및 다이 커팅에 의해, 실리콘-산소-탄소(SOC) 음극의 리본형 극편을 획득하였다.By mixing raw materials, stirring, coating, roller pressing, baking and die cutting, ribbon-shaped pole pieces of silicon-oxygen-carbon (SOC) cathode were obtained.

도 1a에 도시된 장치를 사용하여, 600 mAh/g의 가역 용량을 갖는 실리콘-산소-탄소 복합 음극의 리본형 극편과 구리로 덮인 순수 금속 리튬 리본을 롤러 압착하여 물리적 접착 접촉을 실현하고, 진공도를 -90 KPa로 하는 포장 백에 진공 포장하여 진공 오븐에서 80 ℃의 온도로 10 시간 동안 유지한다. 그런 다음 공기로 채우고 직접 꺼내어 탈거하여 사이클 효율이 높은 음극 극편을 획득하였다.Using the device shown in Figure 1a, a ribbon-like pole piece of a silicon-oxygen-carbon composite cathode with a reversible capacity of 600 mAh/g and a copper-covered pure metal lithium ribbon are roller pressed to realize physical adhesive contact, and the vacuum degree is also It is vacuum-packed in a packaging bag at -90 KPa and maintained in a vacuum oven at a temperature of 80°C for 10 hours. Then, it was filled with air, taken out and removed directly, to obtain a cathode pole piece with high cycle efficiency.

상술한 사이클 효율이 높은 음극 극편과 NCA 양극의 극편은 적층, 예비 용접, 용접, 캔에 담기, 액체 주입, 포장, 격납, 성형, 2 차 포장, 절단-접이식 다림질, 용량 등급 매기기 및 노화를 포함하는 18 개의 공정을 거쳐 각 유닛이 42Ah로 설계된 소프트 팩 전지로 준비되었다. 전지는 1 차 효율과 사이클에 대해 테스트되었다.The above-mentioned high cycle efficiency cathode pole pieces and NCA anode pole pieces include lamination, pre-welding, welding, canning, liquid injection, packaging, containment, forming, secondary packaging, cut-fold ironing, capacity grading and aging. After going through 18 processes, each unit was prepared as a soft pack battery designed for 42Ah. The cells were tested for primary efficiency and cycling.

본 발명의 실시예 4에서 제조된 전지는 1 차 효율이 85.7 %이고, 100 사이클 후 전지의 용량 유지율은 90.7 %이다.The battery manufactured in Example 4 of the present invention had a primary efficiency of 85.7%, and the capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles was 90.7%.

실시예 5Example 5

원료 혼합, 교반, 코팅, 롤러 압착, 베이킹 및 다이 커팅에 의해, 리본형 황-탄소 복합 양극의 극편을 획득하였다.By mixing raw materials, stirring, coating, roller pressing, baking and die cutting, pole pieces of ribbon-shaped sulfur-carbon composite anode were obtained.

도 1b에 도시된 장치를 사용하여, 황-탄소 복합 양극의 리본형 극편과 구리로 덮인 순수 금속 리튬 리본을 롤러 압착하여 물리적 접착 접촉을 실현하고, -70 KPa의 진공도를 가진 분위기 박스에서 55 ℃로 8 시간 동안 유지한 후, 탈거하고, 감아서 사이클 효율이 높은 양극 극편을 획득하였다.Using the device shown in Figure 1b, the ribbon-like pole piece of the sulfur-carbon composite anode and the copper-covered pure metal lithium ribbon were roller pressed to realize physical adhesive contact, and stored at 55 °C in an atmosphere box with a vacuum degree of -70 KPa. After maintaining it for 8 hours, it was removed and wound to obtain a positive electrode piece with high cycle efficiency.

상술한 사이클 효율이 높은 양극 극편과 흑연 음극의 극편을 적층, 예비 용접, 용접, 캔에 담기, 액체 주입, 포장, 격납, 성형, 2 차 포장, 절단-접이식 다림질, 용량 등급 매기기 및 노화를 포함하는 18 개의 공정을 거쳐 각 유닛이 2Ah로 설계된 소프트 팩 전지로 제조하였다. 전지는 1 차 효율과 사이클에 대해 테스트되었다.The above cycle-efficient anode pole pieces and graphite cathode pole pieces include laminating, pre-welding, welding, canning, liquid injection, packaging, containment, forming, secondary packaging, cut-folding ironing, capacity grading and aging. Each unit was manufactured into a soft pack battery designed for 2Ah through 18 processes. The cells were tested for primary efficiency and cycling.

본 발명의 실시예 5에서 제조된 전지는 1 차 효율이 93.5 %이고, 100 사이클 후 전지의 용량 유지율은 96.1 %이다.The battery manufactured in Example 5 of the present invention had a primary efficiency of 93.5%, and the capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles was 96.1%.

실시예 6Example 6

원료 혼합, 교반, 코팅, 롤러 압착, 베이킹 및 다이 커팅에 의해, 황-탄소 복합 양극의 리본형 극편을 획득하였다.By mixing raw materials, stirring, coating, roller pressing, baking and die cutting, ribbon-shaped pole pieces of sulfur-carbon composite anode were obtained.

도 1b에 도시된 장치를 사용하여, 황-탄소 복합 양극의 리본형 극편과 스테인레스 강 리본 및 금속 리튬의 복합 리본을 롤러 압착하여 물리적 접착 접촉을 실현하고, 불소 가스와 이산화탄소 분위기를 1 : 1의 분위기압으로 도입한 상태에서 진공도 -95KPa의 분위기 박스에서 0 ℃의 온도로 8 시간 동안 유지하고, 탈거하고 감아서 사이클 효율이 높은 양극 극편을 획득하였다. Using the device shown in Figure 1b, the ribbon-shaped pole piece of the sulfur-carbon composite anode and the composite ribbon of stainless steel ribbon and metallic lithium are roller pressed to realize physical adhesive contact, and the fluorine gas and carbon dioxide atmosphere are maintained at a ratio of 1:1. In the state of introducing atmospheric pressure, it was maintained at a temperature of 0° C. in an atmosphere box with a vacuum degree of -95 KPa for 8 hours, then removed and wound to obtain a positive electrode piece with high cycle efficiency.

전술한 사이클 효율이 높은 양극 극편과 흑연 음극의 극편을 적층, 예비 용접, 용접, 캔에 담기, 액체 주입, 포장, 격납, 성형, 2 차 포장, 절단-접이식 다림질, 용량 등급 매기기 및 노화를 포함하는 18 개의 공정을 거쳐 각 유닛이 2Ah로 설계된 소프트 팩 전지로 제조하였다. 전지는 1 차 효율과 사이클에 대해 테스트되었다.Including laminating, pre-welding, welding, canning, liquid injection, packaging, containment, forming, secondary packaging, cut-folding ironing, capacity grading and aging of the above-described cycle-efficient anode pole pieces and graphite cathode pole pieces. Each unit was manufactured into a soft pack battery designed for 2Ah through 18 processes. The cells were tested for primary efficiency and cycling.

본 발명의 실시예 6에서 제조된 전지는 1 차 효율이 96.5 %이고, 100 사이클 후 전지의 용량 유지율은 98.3 %이다.The battery manufactured in Example 6 of the present invention had a primary efficiency of 96.5%, and the capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles was 98.3%.

전술한 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 사이클 효율이 높은 전극의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은, 금속 소스 및 보충될 금속 전극을 롤러 압착, 플랫 압착, 가스 압착 또는 액체 압착하여 물리적 접착 접촉을 실현하는 단계와, 진공 또는 불활성 분위기에서 온도 제어 처리를 수행한 다음 금속 소스를 탈거하여 사이클 효율이 높은 전극을 얻는 단계를 포함하고; 보충될 금속 전극은 금속을 수송할 수 있는 음극 또는 금속을 수송할 수 있는 양극으로부터 선택되고; 금속 소스는 리튬 소스 또는 나트륨 소스이다. 본 발명에서 제공하는 방법은, 금속 소스와 보충될 전극을 물리적 접착 접촉한 다음 진공 또는 불활성 분위기에서 일정 시간 동안 온도 제어 처리를 수행하여 사이클 효율이 높은 전극을 획득할 수 있다. 이 방법은 간단하다. 또한, 보충될 금속 전극은 전자 전도성과 이온 전도성을 모두 가지고 있다. 따라서, 금속 소스는 보충될 금속 전극에 금속 매립 공정을 거치게 될 것이고, 금속 확산 공정은 물리적 접착 접촉 중에도 발생하여 전극이 더 높은 1 차 사이클 효율과 더 우수한 사이클 성능을 나타낸다. 본 발명에서 제공하는 방법에 의해 제조된 전극을 이용하여 제조된 완충 전지는 더 높은 1 차 사이클 효율과 더 높은 용량 유지율을 갖는다. 실험 결과, 본 발명에서 제공하는 제조 방법을 이용하여 제조한 전지는 1 차 사이클 효율이 85.7 - 96.5 %이고, 100 사이클 후 전지의 용량 유지율은 90.7 - 98.3 %임을 알 수 있다.As can be seen from the foregoing embodiments, the present invention provides a method for manufacturing an electrode with high cycle efficiency, which method comprises roller pressing, flat pressing, gas pressing or liquid pressing the metal source and the metal electrode to be replenished. It includes the steps of realizing physical adhesive contact, performing temperature-controlled treatment in a vacuum or inert atmosphere, and then removing the metal source to obtain an electrode with high cycle efficiency; The metal electrode to be replenished is selected from a cathode capable of transporting metal or an anode capable of transporting metal; The metal source is a lithium source or a sodium source. In the method provided by the present invention, an electrode with high cycle efficiency can be obtained by bringing a metal source and an electrode to be replenished into physical adhesive contact and then performing temperature control treatment in a vacuum or inert atmosphere for a certain period of time. This method is simple. Additionally, the metal electrode to be supplemented has both electronic and ionic conductivity. Therefore, the metal source will undergo a metal embedding process in the metal electrode to be replenished, and the metal diffusion process will also occur during physical adhesive contact, making the electrode exhibit higher first cycle efficiency and better cycle performance. A buffer battery manufactured using the electrode manufactured by the method provided by the present invention has higher primary cycle efficiency and higher capacity maintenance rate. As a result of the experiment, it can be seen that the first cycle efficiency of the battery manufactured using the manufacturing method provided by the present invention is 85.7 - 96.5%, and the capacity maintenance rate of the battery after 100 cycles is 90.7 - 98.3%.

전술한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐이다. 당업자라면 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 다양한 개선 및 수정이 이루어질 수 있으며, 이러한 개선 및 수정은 본 발명의 보호 범위 내에 속해야 한다는 점에 유의해야 한다.The foregoing description is only a preferred embodiment of the present invention. Those skilled in the art should note that various improvements and modifications can be made without departing from the principles of the present invention, and such improvements and modifications should fall within the protection scope of the present invention.

Claims (18)

전극 제조 시스템에 의해 수행되는, 전극을 제조하는 방법으로서,
금속 소스 및 금속으로 보충될 전극을 롤러 압착, 플랫 압착, 가스 압착 또는 액체 압착하여 물리적으로 결합된 상기 금속 소스와 상기 전극으로 구성되는 복합 전극(composite electrode)을 만드는 단계와,
진공 또는 불활성 분위기에서 온도 제어 처리를 한 후 상기 금속 소스를 탈거하여 상기 금속으로 보충된 전극을 얻는 단계를 포함하고,
상기 전극 제조 시스템은, 전극 처리 유닛, 상기 전극 처리 유닛과 직렬로 연결된 온도 제어 처리 장치, 상기 온도 제어 처리 장치와 직렬로 연결된 탈거 유닛(stripping unit)을 포함하며,
상기 전극 처리 유닛은, 제 1 금속 소스를 풀기 위한 제 1 금속 소스 권출 축(first metal source-unwiding shaft), 상기 제 1 금속 소스 권출 축과 병렬로 연결되며 상기 전극을 풀기 위한 전극 권출 축(electrode-unwinding shaft), 상기 제 1 금속 소스 권출 축 및 상기 전극 권출 축과 직렬로 연결되며 상기 제 1 금속 소스와 상기 전극을 압착 롤링하여 상기 복합 전극으로 만드는 압착 롤러 장치를 포함하고,
상기 탈거 유닛은 상기 복합 전극에서 상기 금속 소스를 벗겨내도록 구성되며,
상기 금속으로 보충될 전극은 금속을 수송할 수 있는 음극(negative electrode) 또는 금속을 수송할 수 있는 양극(positive electrode)이고,
상기 금속 소스는 리본형 리튬 소스 또는 리본형 나트륨 소스이고 베이스층이 없는,
방법.A method of manufacturing an electrode, performed by an electrode manufacturing system, comprising:
roller pressing, flat pressing, gas pressing, or liquid pressing the metal source and the electrode to be replenished with the metal to create a composite electrode consisting of the metal source and the electrode physically coupled to each other;
removing the metal source after temperature-controlled treatment in a vacuum or inert atmosphere to obtain an electrode supplemented with the metal;
The electrode manufacturing system includes an electrode processing unit, a temperature-controlled processing device connected in series with the electrode processing unit, and a stripping unit connected in series with the temperature-controlled processing device,
The electrode processing unit includes a first metal source-unwiding shaft for unwinding the first metal source, an electrode unwiding shaft connected in parallel with the first metal source unwiding shaft, and an electrode for unwinding the electrode. -unwinding shaft), connected in series with the first metal source unwinding shaft and the electrode unwinding shaft, and comprising a compression roller device that compresses and rolls the first metal source and the electrode to form the composite electrode,
The stripping unit is configured to strip the metal source from the composite electrode,
The electrode to be replenished with the metal is a negative electrode capable of transporting the metal or a positive electrode capable of transporting the metal,
The metal source is a ribbon-shaped lithium source or a ribbon-shaped sodium source without a base layer,
method. 제 1 항에 있어서,
상기 전극 제조 시스템은,
상기 제 1 금속 소스 권출 축 및 상기 전극 권출 축과 병렬로 연결되며 제 2 금속 소스를 풀기 위한 제 2 금속 소스 권출 축(second metal source-unwiding shaft)을 더 포함하고,
상기 제 1 금속 소스 권출 축과 상기 제 2 금속 소스 권출 축은 각각 상기 전극 권출 축의 상측과 하측에 위치하며,
상기 제 2 금속 소스는 리본형 리튬 소스 또는 리본형 나트륨 소스이고 베이스층이 없는,
방법.According to claim 1,
The electrode manufacturing system is,
It further includes a second metal source-unwiding shaft connected in parallel with the first metal source unwinding shaft and the electrode unwiding shaft and configured to unwind the second metal source,
The first metal source unwinding axis and the second metal source unwinding axis are located above and below the electrode unwinding axis, respectively,
wherein the second metal source is a ribbon-shaped lithium source or a ribbon-shaped sodium source without a base layer,
method. 제 1 항에 있어서,
상기 전극 제조 시스템은,
내부에 진공 분위기 또는 불활성 분위기가 존재하는 분위기 박스를 더 포함하고,
상기 전극 처리 유닛은 상기 분위기 박스 내부에 배치된,
방법.According to claim 1,
The electrode manufacturing system is,
Further comprising an atmosphere box in which a vacuum atmosphere or an inert atmosphere exists,
The electrode processing unit is disposed inside the atmosphere box,
method. 제 1 항에 있어서,
상기 전극 제조 시스템은,
상기 탈거 유닛과 직렬로 연결된 권취(winding) 유닛을 더 포함하고, 상기 권취 유닛은 탈거 후의 상기 금속 소스 및 탈거 후의 상기 전극을 감는,
방법.According to claim 1,
The electrode manufacturing system is,
It further includes a winding unit connected in series with the stripping unit, wherein the winding unit winds the metal source after stripping and the electrode after stripping.
method. 제 1 항에 있어서,
상기 온도 제어 처리 장치는 온도 제어 진공 처리 장치이거나, CO2 분위기 또는 아르곤 가스 분위기가 제공되는,
방법.According to claim 1,
The temperature controlled processing device is a temperature controlled vacuum processing device or is provided with a CO 2 atmosphere or an argon gas atmosphere,
method. 제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어 진공 처리 장치는 진공 오븐 또는 진공 백인,
방법. According to claim 5,
The temperature controlled vacuum processing device may include a vacuum oven or vacuum bag,
method. 제 1 항에 있어서,
상기 탈거 유닛은 가이드 롤러 축인,
방법. According to claim 1,
The removal unit is a guide roller axis,
method. 제 1 항에 있어서,
상기 전극이 흑연 음극, 경질 탄소 음극, 연질 탄소 음극, 중상 탄소 미소 구 음극, 실리콘-탄소 음극, 실리콘-산소-탄소 음극, 실리콘 음극, 실리콘-산소 음극, 리튬 티타네이트 음극, 전이 금속 산화물 음극 또는 황 기반 양극으로부터 선택되는
방법.According to claim 1,
The electrode may be a graphite cathode, a hard carbon cathode, a soft carbon cathode, a medium carbon microsphere cathode, a silicon-carbon cathode, a silicon-oxygen-carbon cathode, a silicon cathode, a silicon-oxygen cathode, a lithium titanate cathode, a transition metal oxide cathode, or selected from sulfur-based anodes
method. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 리본형 리튬 소스가 순수 금속 리튬 리본, 리본형 리튬 합금 또는 구리로 덮인 순수 금속 리튬 리본이고,
상기 리본형 나트륨 소스는 순수 금속 나트륨 리본 또는 리본형 나트륨 합금인,
방법.The method of claim 1 or 2,
wherein the ribbon-shaped lithium source is a pure metal lithium ribbon, a ribbon-shaped lithium alloy, or a copper-covered pure metal lithium ribbon,
The ribbon-shaped sodium source is a pure metallic sodium ribbon or a ribbon-shaped sodium alloy,
method. 제 1 항에 있어서,
상기 온도 제어 처리가 0.1 - 168 h의 지속시간 동안 0 - 150 ℃의 온도에서 수행되는,
방법.According to claim 1,
wherein the temperature controlled treatment is carried out at a temperature of 0 - 150° C. for a duration of 0.1 - 168 h.
method. 제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어 진공 처리 장치는 -10KPa 내지 -99KPa의 진공도를 갖는,
방법.According to claim 5,
The temperature controlled vacuum processing device has a vacuum degree of -10KPa to -99KPa,
method. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전극은 시트형 또는 리본형인,
방법.The method of claim 1 or 2,
The electrode is sheet-shaped or ribbon-shaped,
method. 제 1 항 내지 제 8 항, 제 10 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 전극을 전지에 사용하는 방법.A method of using an electrode manufactured by the method according to any one of claims 1 to 8, 10, and 11 in a battery. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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